JPH05111894A - 作業用ロボツト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 駆動モータと旋回アームの間に生じる機械的
なガタを常に所定方向によせておくことにより、ロボッ
トの位置精度や剛性を向上させることにある。 【構成】 ロータリーシリンダ２３は、矢印Ａに示す方
向に常時トルクを発生している。このトルクの大きさ
は、上下サーボモータ３ａ，３ｂが発生するトルクより
も十分に小さいので、基端連結アーム７ａ，７ｂの移動
制御には支障を来さない。このため常に、基端連結アー
ム７ａ，７ｂは外側にトルクを生じ、減速機４ａ，４ｂ
で生じる機械的なガタを片側に寄せるため、上下サーボ
モータ３ａ，３ｂによる基端連結アーム７ａ，７ｂの移
動中でも、静止中でも、共に位置精度や剛性が向上す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は位置決め精度および剛性
を向上させることが可能な作業用ロボットに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】最近、ロボットの進歩は目覚ましく、工
場内には多種類のロボットが導入されて稼働している。
特に、運搬、組立、溶接、塗装などの作業分野にはそれ
ぞれ専用のロボットが普及し、作業能率の向上に貢献し
ている。このようなロボットの有用性から、切削加工、
研削加工などの加工分野にもロボットが適用されようと
している。

【０００３】従来、切削加工、研削加工を行わせる為の
ロボットとしては次のような構成が提案されている。即
ち、ロボット本体から略水平方向に延びるアーム部を設
け、このアーム部の先端に上下方向に移動される上下移
動部を取り付け、この上下移動部に加工ツールを取り付
けた構成がある。また、組立用のロボットとして、例え
ば一つの多節アームによって、一つの水平面に対応した
旋回運動および伸縮運動と共に、垂直方向に三次元的な
運動を行なうもの（特開昭５５−１１２７８９号公報）
も報告されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】通常このように構成さ
れたロボットは、アーム部駆動モータの分解能向上や駆
動トルク向上のため、高減速比の減速機構を必要とす
る。しかし、高減速比を得るための小型，高精度な減速
機において、現状の技術レベルでは完全には機械的なガ
タ（機構中のあそび）を抜くことはできない。

【０００５】従って、駆動モータとアーム部との間に
は、わずかながら機械的なガタが残ってしまう。そのた
め、このような構造のロボットにおいては、例えば、駆
動モータが常に正確な位置で停止しても、アーム部の先
端は、上記ガタのため、位置にばらつきが生じ、位置精
度を上げることが困難であった。

【０００６】また、そのために例えば、停止している状
態にてアーム部の先端に外力が加わると、上記ガタの量
だけは、軽荷重にて簡単に移動してしまうため、ロボッ
トの剛性の点でも不十分であった。本発明は、上述の事
情に基づきなされたものでその目的とするところは駆動
モータと旋回アームの間に生じる機械的なガタを常に所
定方向によせておくことにより、ロボットの位置精度や
剛性を向上させることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の作業用ロボット
は、ロボット本体と、上記ロボット本体から作業ヘッド
までを１つまたは複数の回動節を介して連結する１つま
たは複数の連結アームと、上記回動節の少なくとも１つ
に所定方向のトルクを発生させるトルク発生機構と、を
備えたことにより、駆動部で生ずる機械的なガタを片側
へよせることを可能とするものである。

【０００８】

【作用】本発明の作業用ロボットは、ロボットの回動部
に設けられた所定方向のトルクを発生させるトルク発生
機構が働くと、その発生したトルクにより、駆動モータ
とアーム部との間に生じる機械的なガタがすべて片側に
寄せられる。更に、そのトルクは、その片側に寄せられ
た状態を維持しようとする。このことにより、ロボット
の位置精度と剛性の向上が達成される。

【０００９】

【実施例】以下本発明の一実施例について、図１および
図２に基づき説明する。図において、本発明のロボット
本体はコラム１を備えている。コラム１は側面がコ字形
をなしており、この上部２ａおよび下部２ｂにはそれぞ
れサーボモータ３ａ、３ｂおよび減速機４ａ、４ｂが設
けられている。

【００１０】上部２ａに設置されたサーボモータ３ａは
減速機４ａを介して上部回転軸５ａを回転駆動する。上
部回転軸５ａはコラム１の上部２ａから上向きに突出さ
れており、この突出端部には上部回転節６ａが取着さ
れ、この上部回転節６ａには上部基端連結アーム７ａが
水平方向に延びて連設されている。上記サーボモータ３
ａの回転により上部基端連結アーム７ａは水平面内で旋
回される。

【００１１】下部２ｂに設置されたサーボモータ３ｂは
減速機４ｂを介して下部回転軸５ｂを回転駆動する。こ
の下部回転軸５ｂはコラム１の下部２ｂから上向きに突
出されて上部回転軸５ａと離間して同軸上に設けられて
おり、この下部回転軸５ｂの突出端部には下部回転節６
ｂが取着されている。この下部回転節６ｂには下部基端
連結アーム７ｂが水平方向に延びて連設されている。上
記サーボモータ３ｂの回転により下部基端連結アーム７
ｂも水平面内で旋回される。

【００１２】なお、上部基端連結アーム７ａと下部基端
連結アーム７ｂは互いに一体的に同方向に旋回可能であ
るとともに、互いに独立して旋回し得る。上部基端連結
アーム７ａと下部基端連結アーム７ｂには、それぞれ枢
軸８ａ、８ｂを介して上部先端連結アーム９ａと下部先
端連結アーム９ｂが回動自在に連結されている。

【００１３】また、これら上部先端連結アーム９ａと下
部先端連結アーム９ｂの先端は連結軸１０により互いに
回動自在に連結されている。下部先端連結アーム９ｂの
先端には、作業ヘッド１１が固定されている。この作業
ヘッド１１は側面コ字形のフレーム１２に上下移動部１
３を設けて構成されている。尚、作業ヘッド１１は、上
部先端連結アーム９ａの先端に設けてもよい。

【００１４】上下移動部１３は、フレーム１２の上端に
サーボモータ１４を搭載しているとともに、このフレー
ム１２の上下端部間に亘り上記サーボモータ１４に連結
されたスクリューロッド１５を架け渡してあり、サーボ
モータ１４によりスクリューロッド１５を回転するよう
になっている。そして、スクリューロッド１５にはスラ
イダ１６がねじ係合して取付けられている。スライダ１
６は回転しない構造とされているので、スクリューロッ
ド１５の回転に伴ってスライダ１６は上下に移動する。

【００１５】スライダ１６には、軸受ボックス１７が連
結されており、この軸受ボックス１７の上端部には、加
工用モータ１８が取付けられている。また、軸受ボック
ス１７には駆動軸１９が回転自在に貫通されており、こ
の駆動軸１９の上端は上記加工用モータ１８に連結され
ており、下端は軸受ボックス１７の下面から突出して、
チャック２０を備えている。このチャック２０には、ド
リルなどの加工ツール２１が脱着可能に取付けられてい
る。なお、加工ツール２１はその軸が垂直方向となるよ
うにしてチャック２０に取付けられる。また、加工しよ
うとする孔径に応じて加工ツール２１を取り換えること
ができる。

【００１６】次に駆動部で生じる機械的なガタを所定方
向によせるガタ寄せ機構２２について説明する。上記ガ
タ寄せ機構２２は、図３に示す通りロータリーシリンダ
２３、枢軸８ｂ，下部先端連結アーム９ｂ，下部基端連
結アーム７ｂ，軸受２４から構成されている。

【００１７】ロータリーシリンダ２３のハウジング下部
２３ａは先端連結アーム９ｂに固定され、ロッド部２３
ｂは、枢軸８ｂに固定されている。この枢軸８ｂは先端
連結アーム９ｂとは、回転自在に支持され、基端連結ア
ーム７ｂとは一体的に固定されている。

【００１８】ロータリーシリンダ２３は第４図に示す通
り、シリンダ本体３１，リード角４５°のカム溝３２ｂ
を有する円筒カム３２ａと固定されたピストン３２，こ
のピストンの回り止めのためのスプライン軸３３，円筒
カム３２ａのカム溝３２ｂを転がるカムフォロア３４を
有する出力軸３６，軸受３５から構成されている。尚、
出力軸３６はロッド部２３ｂと一体に構成されている。

【００１９】このロータリーシリンダ２３は、シリンダ
本体３１に設けられた入力ポート３７より圧縮空気の供
給を行うことにより、ピストン３２が図４の下方へ押さ
れるため、このピストン３２に固定されている円筒カム
３２ａも下方へ押される。また、ピストン３２は、スプ
ライン軸３３によって、回転方向の移動が抑制されてい
るため、円筒カム３２ａの回転は抑制される。ここで、
この円筒カム３２ａのカム溝３２ｂには出力軸３６に固
定されたカムフォロア３４が転がる。この時、出力軸３
６は、軸受３５を介してシリンダ本体３１と回転自在、
直進不可に取り付けられているため、ピストン３２の直
進運動は、出力軸３６では図３，４に矢印Ｂで示す方向
の回転運動に変換される。

【００２０】これにより、圧縮空気が供給されている際
には、ロータリーシリンダ２３は、常にロッド部２３ｂ
において図１，２に示す矢印Ａの方向にトルクが生じて
いる。このトルクにより、枢軸８ａおよび８ｂには、互
いに離れる方向に力を生じる。

【００２１】つまり、両基端連結アーム７ａ，７ｂはと
もに外側に離されるトルクを生じる。このトルクによ
り、減速機４ａ，４ｂの内部に生じる機械的なガタが外
側へ寄る。勿論、ロータリーシリンダ２３の回転方向が
逆であれば、両枢軸８ａ，８ｂに互いに引き合う方向に
力を生じ、最終的に減速機４ａ，４ｂの内部に生じる機
械的ガタが内側へ寄る。このような構成による実施例の
作動を説明する。

【００２２】制御ボックス３０の操作により、コラム１
の上部２ａおよび下部２ｂに設けたそれぞれのサーボモ
ータ３ａ，３ｂを回転させると、減速機４ａ，４ｂを介
して上下の基端連結アーム７ａ，７ｂが水平面内で旋回
され、このため上下の先端連結アーム９ａ，９ｂも水平
面内で旋回される。従って、作業ヘッド１１の加工ツー
ル２１は水平に移動される。

【００２３】このとき、上下サーボモータ３ａ，３ｂの
それぞれ回転量を調整することにより、加工ツール２１
を図２に示す点，点，点を通る二点鎖線で包囲し
た領域内にて、ＸおよびＹ方向に移動させることができ
る。このことより、領域内の任意の位置へ加工ツール２
１を配置することができる。

【００２４】加工ツール２１がワークＷを加工するのに
好適な位置に配置されると、上下移動部１３の加工用モ
ータ１８を回転させ、これにより駆動軸１９を介して加
工ツール２１を回転させる。更に、サーボモータ１４を
回転させてスクリューロッド１５も回転させる。これに
より、スライダ１６がＺ方向、つまり、図１の上下方向
に移動する。このことにより回転している加工ツール２
１をワークＷに接触させて穿孔加工を開始する。この穿
孔加工動作を所定時間続けることにより、所定の深さの
穿孔がなされる。

【００２５】この時、ロータリーシリンダ２３は、図
１，２の矢印Ａに示す方向に常時トルクを発生してい
る。このトルクの大きさは、上下サーボモータ３ａ，３
ｂが発生するトルクよりも十分に小さいので、基端連結
アーム７ａ，７ｂの移動制御には支障を来さない。この
ため常に、基端連結アーム７ａ，７ｂは図２で示される
外側にトルクを生じ、減速機４ａ，４ｂで生じる機械的
なガタを片側に寄せるため、上下サーボモータ３ａ，３
ｂによる基端連結アーム７ａ，７ｂの移動中でも、静止
中でも、共に位置精度や剛性が向上する。

【００２６】図５の実線は実施例における実線は、駆動
モータ（サーボモータ３ａ，３ｂ）の動きとロボット先
端の動きの関係を示す。点線はロータリーシリンダ２３
が存在しない場合を示す。明らかに、本実施例ではヒス
テリシスが向上し、サーボモータ３ａ、３ｂでの動きが
レスポンスよくロボット先端の作業ヘッド１１に伝わる
ことが判る。

【００２７】例えば、基端連結アーム７ａ，７ｂが静止
している状態で、ワークＷから加工に伴う反力や振動を
受けても、その位置が強固に維持され、加工精度が向上
する。また基端連結アーム７ａ，７ｂが移動中であって
も、機械的なガタを片側に寄せた状態で移動するので、
加工ツール２１の移動軌跡も正確なものとなり、予期し
ない干渉が生ずるといったことがない。

【００２８】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り、種々の態
様が含まれる。例えば、穿孔加工等を行なう加工用ロボ
ットのみではなく、作業部に負荷を生じるような組立等
の作業用ロボットにも適用可能である。

【００２９】また、上記実施例では、トルク発生源であ
るロータリーシリンダ２３を枢軸８ｂのみに設けたが、
これは枢軸８ａのみや、あるいは両枢軸８ａ，８ｂに設
けてもよい。また、これを先端の連結軸１０に設置して
もよい。つまり、上記３つの軸８ａ，８ｂ，１０のいず
れか１つ、２つの組合せまたはすべてについて設置すれ
ば、同様な効果が得られる。

【００３０】また、トルク発生源は減速機４ａ、４ｂと
直結させることにより、直接減速機４ａ、４ｂの機械的
なガタを寄せることもできる。ただし、図６に示すよう
な、作業ヘッド５１までが一連の連結アーム５３，５５
で連結されている多関節型ロボット５７では、各減速機
５９，６１に対し、それぞれ１個のトルク発生源６３，
６５を必要とする。

【００３１】また、本実施例では、トルク発生源である
ロータリーシリンダ２３は、常にトルクを発生させ、機
械的ガタを寄せていたが、これを制御ボックスにて制御
し、サーボモータ３ａ，３ｂによるＸＹ平面上の位置決
めが終了した後に、トルクを発生させて、機械的ガタを
よせてもよい。この場合は静止位置において正確な位置
決めと剛性とが達成される。

【００３２】また、本実施例では、トルク発生源とし
て、空気圧にて発生する直動運動エネルギーを回転運動
エネルギーに変換してトルクを発生するロータリーシリ
ンダ２３を用いたが、この他に、空気圧から直接回転運
動エネルギーを得るロータリーアクチュエータや、電力
をトルク源に変換するトルクモータ等を用いることがで
き、トルク発生源も実施例に限定されない。

【００３３】

【発明の効果】以上のようにこの発明の作業用ロボット
によれば、減速機で生ずる機械的なガタの影響による位
置決め精度のばらつきをなくし、且つ、ロボットの作業
ヘッドの先端に外力が加わった時、ガタの量だけは軽荷
重で簡単に先端が移動してしまうという問題も解決し、
ロボットの剛性を向上させることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る作業用ロボットの構
成説明図である。

【図２】 上記ロボットの移動領域を示す説明図であ
る。

【図３】 ガタ寄せ機構の取付状態説明図である。

【図４】 そのロータリーシリンダの断面説明図であ
る。

【図５】 ガタ寄せ機構の効果を示すヒステリシスのグ
ラフである。

【図６】 本発明の他の実施例の構成説明図である。

【符号の説明】

１・・・コラム、４ａ，４ｂ・・・減速機、６ａ，６ｂ
・・・回転節、７ａ，７ｂ・・・基端連結アーム、８
ａ，８ｂ・・・枢軸、９ａ，９ｂ・・・先端連結アー
ム、１１，５１・・・作業ヘッド、２２・・・ガタ寄せ
機構、２３・・・ロータリーシリンダ、３０・・・制御
ボックス、５３，５５・・・連結アーム、５７・・・多
関節型ロボット、６３，６５・・・トルク発生源、Ｗ・
・・ワーク

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボット本体と、 上記ロボット本体から作業ヘッドまでを１つまたは複数
   の回動節を介して連結する１つまたは複数の連結アーム
   と、 上記回動節の少なくとも１つに所定方向のトルクを発生
   させるトルク発生機構と、を備えたことにより、駆動部
   で生ずる機械的なガタを片側へよせることを可能とする
   作業用ロボット。
2. 【請求項２】 上記連結アームが、 ロボット本体に同軸的位置に設定された第１および第２
   の回動節に、それぞれの一端節が取り付け設定され一つ
   の平面に平行な状態で回動される第１および第２連結ア
   ームと、 上記第１、第２連結アームの自由端部に回動節を介して
   一端部がそれぞれ回動自在になるように連結され、それ
   ぞれの他端部同士が相互に回転自在に連結された第３お
   よび第４連結アームと、からなる請求項１記載の作業用
   ロボット。
3. 【請求項３】 上記トルク発生機構が、 シリンダ本体と、 リード状のカム溝を有するピストンと上記ピストンを回
   転方向に抑制し、軸方向にのみ摺動可能とするためのス
   プライン軸と、 上記ピストンのカム溝を転がるカムフォロアを有し、こ
   のカムフォロアが、上記カム溝を転がることにより、ピ
   ストンの直進運動を回転運動に交換する出力軸と、 を備え、 上記トルク発生機構が回動節を介して連結された連結ア
   ーム間に取り付けられた請求項１または２記載の作業用
   ロボット。